間接空冷機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的啟動

高運(yùn)，陳云峰，金紅偉

(華電重工股份有限公司，北京 100160)

0 引言

間接空冷系統(tǒng)相比直接空冷系統(tǒng)具有機(jī)組背壓低、運(yùn)行穩(wěn)定、無噪聲、運(yùn)行費(fèi)用低、受環(huán)境風(fēng)影響較小等優(yōu)勢，近一段時(shí)間，越來越多的電廠開始采用間接空冷系統(tǒng)作為機(jī)組冷卻方式。本文結(jié)合華電喀什電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，從理論上對于間接空冷系統(tǒng)旁路與循環(huán)水系統(tǒng)的配合啟動進(jìn)行論述。

1 間接空冷系統(tǒng)旁路的作用和選擇

間接空冷系統(tǒng)啟動前需要對整個(gè)系統(tǒng)管道和水箱進(jìn)行灌水，當(dāng)膨脹水箱液位達(dá)到正常液位時(shí)，可以認(rèn)為整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)充滿水。此時(shí)所有扇區(qū)尚未充水，扇區(qū)進(jìn)、出口閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，循環(huán)水無法建立回路。設(shè)置旁路及旁路閥的作用就是在循環(huán)水系統(tǒng)啟動初期，通過旁路建立水循環(huán)回路。

為便于操作和維護(hù)，循環(huán)水旁路通常布置在扇區(qū)進(jìn)、出管道上。旁路的數(shù)量和規(guī)格應(yīng)根據(jù)水阻來確定，一般每座空冷塔設(shè)置4個(gè)旁路，旁路規(guī)格與扇區(qū)管道一致。旁路選型時(shí)應(yīng)使旁路的水阻與管束的水阻相匹配，保證循環(huán)水泵在扇區(qū)未投運(yùn)或部分投運(yùn)的條件下，水泵揚(yáng)程處于設(shè)計(jì)點(diǎn)附近。由于旁路中水流速較高，局部水阻較大，大多數(shù)情況不需要額外設(shè)置孔板。

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，旁路閥開啟數(shù)量需要與扇區(qū)投運(yùn)數(shù)量相匹配。需要考慮的因素包括循環(huán)水泵運(yùn)行模式、扇區(qū)和旁路的流量分配、循環(huán)水系統(tǒng)水阻和水泵揚(yáng)程。

旁路開啟和關(guān)閉過程中，循環(huán)水系統(tǒng)瞬間會產(chǎn)生波動很大的壓力，對操作人員的經(jīng)驗(yàn)和水平有非常高的要求，因此不推薦手動開啟或關(guān)閉旁路。循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)后，旁路閥功能組應(yīng)處于自動狀態(tài)，旁路投運(yùn)數(shù)量根據(jù)邏輯判斷自動實(shí)現(xiàn)。

2 華電喀什電廠間接空冷系統(tǒng)概況

華電喀什電廠二期2×350 MW(#5，#6)機(jī)組采用表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)，冷卻設(shè)備為帶垂直布置的全鋁制空冷散熱器的自然通風(fēng)冷卻塔。該工程2臺機(jī)組共設(shè)1座間接空冷塔，間接空冷塔用作主機(jī)排汽和汽動給水泵小汽輪機(jī)排汽冷凝。

間接空冷系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制，每臺機(jī)組配2臺循環(huán)水泵(雙速電機(jī))，2臺機(jī)組共配置4臺循環(huán)水泵，循環(huán)水泵設(shè)置在空冷塔出口冷水側(cè)。全塔分為12個(gè)扇區(qū)，每臺機(jī)組各6個(gè)扇區(qū)，2臺機(jī)組扇區(qū)間隔布置。全塔共設(shè)置4個(gè)旁路閥，每臺機(jī)組2個(gè)。每個(gè)扇區(qū)進(jìn)、出水管道上均布置有壓力變送器和PT100測溫元件，這些儀表對以后的運(yùn)行監(jiān)控和性能分析有著重要意義。

循環(huán)水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)見表1，循環(huán)水泵性能曲線和表面式凝汽器的水阻曲線如圖1～圖3所示。

表1 循環(huán)水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)

圖1 循環(huán)水泵性能曲線(高速)

圖2 循環(huán)水泵性能曲線(低速)

圖3 凝汽器水阻曲線

3 不同運(yùn)行工況下的系統(tǒng)水阻

間接空冷系統(tǒng)水阻與循環(huán)水泵投運(yùn)數(shù)量、高低速模式、扇區(qū)投入數(shù)量、旁路閥開啟數(shù)量等因素相關(guān)。為了確定0～6個(gè)扇區(qū)投入條件下旁路閥允許開啟或關(guān)閉的狀態(tài)，需要對各種工況下整個(gè)系統(tǒng)的水阻分別進(jìn)行計(jì)算，確保循環(huán)水泵不出現(xiàn)過載和管束內(nèi)水流速不超速。表2～表5為各工況下系統(tǒng)水阻的計(jì)算值(高速工況設(shè)計(jì)揚(yáng)程為20.5 m，低速工況設(shè)計(jì)揚(yáng)程為14.5 m)。

表2 兩泵高速工況下系統(tǒng)水阻的計(jì)算值

表3 兩泵低速工況下系統(tǒng)水阻的計(jì)算值

表4 單泵高速工況下系統(tǒng)水阻的計(jì)算值

表5 單泵低速工況下系統(tǒng)水阻的計(jì)算值

(1)表中灰色區(qū)域，換熱管內(nèi)流速超速，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在灰色區(qū)域時(shí)，需要開啟旁路閥。

(2)循環(huán)水泵出口壓力為根據(jù)膨脹水箱液位和壓力表安裝位置的估算值。兩臺泵高速運(yùn)行工況下，各種運(yùn)行方式下凝汽器入口壓力均在0.6 MPa附近，凝汽器承壓水平較高。

(3)從水阻和泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的符合情況來看：

1)兩臺泵高速運(yùn)行和兩臺泵低速運(yùn)行與設(shè)計(jì)點(diǎn)比較接近，是較合理的運(yùn)行工況；

2)單泵高速運(yùn)行時(shí)一些工況存在過載風(fēng)險(xiǎn)，水阻在泵揚(yáng)程曲線的范圍之外，水泵效率很低，是否可以使用需要得到循環(huán)水泵廠家的確認(rèn)；

3)單泵低速運(yùn)行雖然無過載風(fēng)險(xiǎn)，但與設(shè)計(jì)點(diǎn)偏離較遠(yuǎn)，泵效率較低，不推薦作為長期運(yùn)行使用。

4 循環(huán)水系統(tǒng)及空冷系統(tǒng)推薦啟動方式

4.1 機(jī)組冬季啟動運(yùn)行的防凍保護(hù)

該項(xiàng)目為兩機(jī)一塔，#5機(jī)組先投入運(yùn)行，#6機(jī)組暫未投運(yùn)。冬季冷態(tài)啟動注意事項(xiàng)及過程如下。

(1)#6機(jī)組百葉窗應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)。

(2)對泵運(yùn)行方式的分析可以看出，推薦的循環(huán)水泵安全運(yùn)行方式有兩種：一是兩臺泵高速運(yùn)行，二是兩臺泵低速運(yùn)行。

(3)空冷塔冬季運(yùn)行時(shí)，推薦全流量全扇區(qū)投入運(yùn)行，推薦的啟動方式為兩泵高速運(yùn)行。只有大流量循環(huán)水通過空冷塔才能保證循環(huán)水進(jìn)、出口溫差較小，在保證出水溫度高于20 ℃的條件下，需要的熱水溫度不至于過高。在冬季如果采用較小的循環(huán)水流量，同等熱負(fù)荷下，在保證冷水溫度不低于防凍溫度的條件下，需要有更高的熱水溫度。一旦空冷塔內(nèi)空氣溫度不能維持在較高的水平，則熱水溫度不能維持，進(jìn)而冷水溫度也無法維持。

由于該項(xiàng)目全塔已經(jīng)有6個(gè)扇區(qū)處于關(guān)閉狀態(tài)(#6機(jī)組)，如果#5機(jī)組僅有部分扇區(qū)處于運(yùn)行狀態(tài)，塔內(nèi)流場和溫度場會極度不均勻，投運(yùn)的扇區(qū)中局部管束有冰凍的風(fēng)險(xiǎn)。因此，原則上推薦全扇區(qū)投入運(yùn)行。

(4)在熱負(fù)荷較小的條件下，減少扇區(qū)投入數(shù)量可以提高循環(huán)水水溫，但考慮到空冷塔內(nèi)部流場在僅部分扇區(qū)投入的條件下會極度不均勻，因此在僅部分扇區(qū)投入運(yùn)行的條件下應(yīng)密切關(guān)注扇區(qū)管束的局部溫度，確保扇區(qū)不發(fā)生局部凍結(jié)現(xiàn)象。

(5)對于開啟旁路閥運(yùn)行模式，由于會降低進(jìn)入管束的循環(huán)水流量，不利于防凍，因此在冬季運(yùn)行中不推薦采用帶旁路運(yùn)行模式。

4.2 啟動流程

(1)系統(tǒng)就緒。膨脹水箱處于非低液位，緊急放水閥關(guān)閉，膨脹水箱溢流閥關(guān)閉，旁路閥就緒，百葉窗全關(guān)，扇區(qū)進(jìn)、出口閥門就緒，扇區(qū)排水閥就緒，充水泵就緒。

(2)關(guān)閉扇區(qū)進(jìn)、出口閥門，關(guān)閉扇區(qū)排水閥，打開2個(gè)旁路閥。

(3)同時(shí)啟動2臺循環(huán)水泵，2臺循環(huán)水泵處于高速運(yùn)行方式。

(4)循環(huán)水溫度大于40 ℃時(shí)，允許開始向第1個(gè)扇區(qū)充水。

(5)啟動扇區(qū)“充水”程序，逐一向扇區(qū)充水。如果控制系統(tǒng)未就緒，在手動充水過程中必須注意以下幾點(diǎn)。

1)膨脹水箱液位達(dá)到充水液位時(shí)，才允許向扇區(qū)充水。

2)扇區(qū)充水后膨脹水箱液位必須高于最低液位，一旦液位過低，應(yīng)及時(shí)向膨脹水箱補(bǔ)水。

3)一旦充水過程出現(xiàn)故障，應(yīng)馬上關(guān)閉扇區(qū)進(jìn)、出口閥門，打開扇區(qū)排水閥，對扇區(qū)進(jìn)行放水。

(6)出于防凍保護(hù)的考慮，充水后的扇區(qū)應(yīng)處于“自動”模式。如果此時(shí)控制系統(tǒng)未就緒，在手動控制中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1)充水過程中，扇區(qū)的百葉窗應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

2)充水后，應(yīng)監(jiān)視扇區(qū)冷水溫度，僅當(dāng)水溫高于25 ℃時(shí)才逐步打開百葉窗，每次調(diào)節(jié)百葉窗的開度不超過5%，保證水溫維持在25～30 ℃。水溫在約10 min之后才會開始發(fā)生變化，并在更長的時(shí)間后才會最終穩(wěn)定下來。

3)如果扇區(qū)冷水溫度低于12 ℃，則應(yīng)關(guān)閉扇區(qū)進(jìn)、出口閥門，打開扇區(qū)排水閥，對扇區(qū)進(jìn)行排水。

4)對于排水后的扇區(qū)和未投運(yùn)的扇區(qū)，可根據(jù)情況打開扇區(qū)回流管道上的手動球閥，保證有少量熱水可以通過回?zé)峁苈吩陂y前流向冷水管道，防止管道和閥門發(fā)生凍結(jié)。

(7)如果采用兩泵高速運(yùn)行方式，在旁路閥全關(guān)的條件下，6個(gè)扇區(qū)必須全部投入運(yùn)行。如果采用兩泵低速運(yùn)行方式，在旁路閥全關(guān)的條件下，扇區(qū)投入運(yùn)行數(shù)量可以是6個(gè)、5個(gè)和4個(gè)。

5 結(jié)論

該電廠間接空冷系統(tǒng)運(yùn)行一段之間后，對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤。由循環(huán)水泵進(jìn)、出口壓力可以看出，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行水阻與計(jì)算水阻吻合性非常好。

循環(huán)水泵曾單臺高速運(yùn)行，未出現(xiàn)過載現(xiàn)象，但電流較高。單臺泵高速運(yùn)行時(shí)，從電流推算循環(huán)水泵效率為70%左右，效率很低，能耗較大。

通過對循環(huán)水系統(tǒng)的水阻計(jì)算，分析總結(jié)如下。

(1)循環(huán)水泵推薦采用雙速泵，單泵低速運(yùn)行時(shí)有利于保護(hù)循環(huán)水泵，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以降低能耗。

(2)循環(huán)水泵不宜單泵高速運(yùn)行。雖然華電喀什電廠單泵高速運(yùn)行未出現(xiàn)問題，但對于配置3臺循環(huán)水泵的600 MW機(jī)組，如果單臺泵高速運(yùn)行，過載風(fēng)險(xiǎn)會增大。

(3)循環(huán)水泵宜布置在循環(huán)水熱水側(cè)，以降低表面式凝汽器的承壓水平。循環(huán)水泵布置在循環(huán)水熱水側(cè)，凝汽器承壓降低，空冷散熱器承壓水平與循環(huán)水泵放置在冷水側(cè)沒有區(qū)別。

(4)在編制間冷系統(tǒng)控制邏輯之前，應(yīng)對各工況水阻進(jìn)行計(jì)算，以確定不同扇區(qū)投入狀態(tài)下旁路閥允許開啟或關(guān)閉的數(shù)量。